CN116676036A

CN116676036A - 两用型环保无溶剂双组分聚氨酯防水涂料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN116676036A
Application number: CN202310531147.2A
Authority: CN
Inventors: 王小武; 李羿; 冯加永; 李震
Original assignee: Hunan Shenyu New Material Co ltd
Current assignee: Hunan Shenyu New Material Co ltd
Priority date: 2023-05-11
Filing date: 2023-05-11
Publication date: 2023-09-01

Abstract

本发明公开了两用型环保无溶剂双组分聚氨酯防水涂料及其制备方法与应用，涉及涂料领域。聚氨酯防水涂料，所用原料包括以下组分：组分A：第一聚醚多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯；组分B：第二聚醚多元醇、填料、水和催化剂。上述聚氨酯防水涂料，其性能优异，成本相对较低，并可用于潮湿界面施工，同时解决了立面施工容易流挂，上部薄下部厚的问题。此外，本发明的聚氨酯防水涂料拥有优异流平性，也能用于平面施工。

Description

两用型环保无溶剂双组分聚氨酯防水涂料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及聚氨酯涂料技术领域，尤其是涉及两用型环保无溶剂双组分聚氨酯防水涂料及其制备方法与应用。

背景技术

目前，含有煤焦油和挥发性有毒有害溶剂的聚氨酯防水涂料已经被淘汰。有关科研单位和生产厂商虽然研制出了一些替代煤焦油聚氨酯防水涂料的产品，但是仍需要使用甲苯、二甲苯等挥发性有机溶剂作为稀释剂来调节黏度，提高施工性；同时，聚氨酯防水涂料普遍采用3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯基甲烷(MOCA)作为交联剂，该物质为白色至淡黄色结晶粉末，有毒及致癌倾向，亦有燃烧和爆炸危险。加热到200℃以上或燃烧时，MOCA会生成含氯化氢和氮氧化物的有毒和腐蚀性烟雾；另外，聚氨酯防水涂料一般采用甲苯二异氰酸酯(TDI)作为主要原料，而TDI是剧毒危险品，有强烈的刺激味，对使用和运输都有严格要求。上述这些聚氨酯防水涂料生产和应用中必不可少的原材料，都是严重污染环境、危害人人体健康的有毒物质。

目前，也有单位研发了不含MOCA或者TDI的聚氨酯防水涂料，但由于缺少了这两种组分，使得研发出来的聚氨酯防水涂料性能有所下降，施工容易流挂，上部薄，下部厚，无法达到应用需要。

因此，急需开发一种新型的环保聚氨酯防水涂料。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：

提供一种聚氨酯防水涂料。

本发明所要解决的第二个技术问题是：

提供一种所述聚氨酯防水涂料的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是：

所述聚氨酯防水涂料的应用。

为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种聚氨酯防水涂料，制备所述聚氨酯防水涂料的所用原料包括A组分和B组分；

所述组分A包括第一聚醚多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯；

所述组分B包括第二聚醚多元醇、填料、水和催化剂。

根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

1.本发明的聚氨酯防水涂料，其中A组分为由二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和第一聚醚多元醇反应生产的高分子预聚体，其端基含有一定量的异氰酸根(—NCO)；B组分是固化系统，在高温环境下水与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)会迅速固化。本发明的聚氨酯防水涂料，摒弃了煤焦油成分，不掺甲苯、二甲苯等有毒有害溶剂，大大提高了产品的环保性。

2.本发明采用了二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)来替代现有聚氨酯防水涂料中的甲苯二异氰酸酯(TDI)。通常聚氨酯防水涂料中的异氰酸酯采用甲苯二异氰酸酯(TDI)，其在室温下为无色或微黄色透明液体，有强烈的刺激味，是极毒危险品，对运输有严格要求，且很难达到以下标准：在8h工作环境中蒸汽压小于0.02mg/L。本发明采用的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，从分子结构上看，与TDI分子结构相似，均含有2个相同官能团—NCO，且MDI分子量比TDI大，室温下呈液态，凝固点为10～15℃。MDI是非危险品，挥发性较小，无刺激气味，蒸汽压(25℃)为0.012Pa，对人体毒性相对较小，对运输无特殊要求，在生产和施工过程中无刺激性气味和污染，有利于工业安全保护。

3.本发明无需额外添加交联剂，更无需添加3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯基甲烷(MOCA)。本发明采用二苯基甲烷二异氰酸酯与水反应来制备具有交联能力的聚合物，其反应原理如下：首先二苯基甲烷二异氰酸酯与水反应生成不稳定的氨基甲酸，然后氨基甲酸分解成二氧化碳及胺。进一步的，所生成的胺与二苯基甲烷二异氰酸酯继续反应，生成脲。反应过程如下：

nONC-R-NCO+2nH₂O→nHOOCNH-R-NHCOOH→nH2N-R-NH₂+2nCO₂；

nONC-R-NCO+nH₂N-R-NH₂→(NH-R-NHCONH-R-NHCO)n；

由于R—NH₂与R—NCO的反应比水快，故上述反应可写成：

2nONC-R-NCO+2nH₂0→(NH-R-NHCONH-R-NHCO)_n+2nCO₂。

其中，R表示烃基或烷基。

由上述反应式可见，1个水分子可与2个—NCO基团反应，即水可看作是一种扩链剂或固化剂，可代替MOCA使分子链增长，形成具有交联能力的聚合物。

3.所述聚氨酯防水涂料，其性能优异，成本相对较低，并可用于潮湿界面施工，同时解决了立面施工容易流挂，上部薄下部厚的问题。此外，本发明的聚氨酯防水涂料拥有优异流平性，也能用于平面施工。

根据本发明的一种实施方式，所述聚氨酯防水涂料，所用原料包括以下重量份的组分：

组分A：70-100份第一聚醚多元醇、20-30份二苯基甲烷二异氰酸酯；

组分B：45-60份的第二聚醚多元醇、40-60份的填料、6-10份的水和2-5份的催化剂。

根据本发明的一种实施方式，所述第一聚醚多元醇与所述第一聚醚多元醇独立选自聚醚多元醇330N、聚醚多元醇2000D、聚醚多元醇1000D和聚醚多元醇400D中的至少一种。

其中，聚醚多元醇2000D作用是提高伸长率、聚醚多元醇1000D作用是提高强度、聚醚多元醇400D作用是提高延伸率。本发明选用聚醚羟值低，分子量小的聚醚粘度低，合成料不稠，方便施工。

根据本发明的一种实施方式，填料选用无机粉体填料，无机粉体填料包括普通硅酸盐水泥300目、炭黑300目、重质碳酸钙粉2000目、滑石粉1250目、轻质碳酸钙粉800目。无机粉体填料目数低于800以下，有利于容易分成。

根据本发明的一种实施方式，所述组分A还包括重量份为10-30份的增塑剂；所述组分B还包括重量份为9-20份的增塑剂。

根据本发明的一种实施方式，增塑剂选用合成植物酯(环保增塑剂)、邻苯二甲酸二辛脂DOP、邻苯二甲酸二丁脂DBP、52号氯化石蜡中的至少一种，本发明选用低黏度的合成植物酯增塑剂。

根据本发明的一种实施方式，所述组分B还包括以下重量份的组分：

1-5份的表面活性剂和1-2份触变剂。

根据本发明的一种实施方式，所述填料包括硅酸盐水泥、重质碳酸钙粉、滑石粉和轻质碳酸钙粉中的至少一种。

根据本发明的一种实施方式，所述填料的细度为300～1250目。

要使本发明的聚氨酯防水涂料具有较好的施工性能，关键是A、B组分要有适当的黏度。经试验，A组分预聚体聚合时，应尽可能采用低分子聚醚多元醇。B组分中，通过添加多种轻质、易分散的填料，并根据气温选用适当黏度的软化剂及功能性助剂(消泡剂、防沉剂)来调整黏度，也可以施工时加入合适用量的水，均匀搅拌使其黏度适中，均相性好。

为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种制备所述聚氨酯防水涂料的方法，包括以下步骤：

混合第一聚醚多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯，加热，得到所述组分A；

混合第二聚醚多元醇、填料、水和催化剂，得到所述组分B；

以重量份为1-2：2-4混合所述组分A与所述组分B，得到所述聚氨酯防水涂料。

1.本发明的制备所述聚氨酯防水涂料的方法，不需要高温真空脱水，能耗低，生产时间短，无废气释放。

2.本发明的A组分和B组分都采用常温搅拌的生产工艺技术，降低了生产能耗；生产的全过程满足环保要求，基本无三废产生，材料损耗极少。而现有的聚氨酯生产工艺需对各种原材料进行严格的升温脱水，操作环节多，受温度和时间的影响较大。

根据本发明的一种实施方式，所述加热的温度为60-80℃。

根据本发明的一种实施方式，还包括以下步骤：加热后恒温2～3h，随后降温至50-60℃。

本发明的另一个方面，还涉及所述聚氨酯防水涂料在屋面工程防水中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的聚氨酯防水涂料。由于该应用采用了上述聚氨酯防水涂料的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为实施例1-3制备得到的聚氨酯防水涂料的拉伸强度测试图；

图2为实施例1-3制备得到的聚氨酯防水涂料的断裂伸长率测试图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，上述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例中，聚醚多元醇330N、聚醚多元醇2000D、聚醚多元醇1000D和聚醚多元醇400D购自选用蓝星东大。

实施例中，选用的原料的参数规格如表1所示。

表1

实施例1

一种聚氨酯防水涂料，包括以下组分：

组分A：70份的第一聚醚多元醇、25份的二苯基甲烷二异氰酸酯和10份的增塑剂；

其中，第一聚醚多元醇包括32份聚醚多元醇330N、26份聚醚多元醇2000D、6份聚醚多元醇1000D和6份聚醚多元醇400D、10份邻苯二甲酸二辛脂DOP。

组分B：45份的第二聚醚多元醇、35份填料、5份的颜料、6份的水、2份的催化剂、9份的增塑剂、1份的吐温和1份的触变剂；

其中，第二聚醚多元醇包括20份聚醚330N，25份聚醚2000D。

其中，填料包括15份的滑石粉、10份的重质碳酸钙粉和10份的普通硅酸盐水泥。

一种制备聚氨酯防水涂料的方法，包括以下步骤：

S1 A组分：将第一聚醚多元醇和增塑剂投入反应釜中，边搅拌边升温至60℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)并搅拌升温，在(80℃±2)℃下恒温2h，降温60℃出料包装。

S2 B组分：按配比将第二聚醚多元醇、吐温、增塑剂和水称量并倒入搅拌釜中，搅拌10min，加入各种填料，搅拌1h，用三辊研磨机研磨3遍，再送到搅拌釜混合均匀后，即可出料包装。

S3 A组分：B组分＝1：2(重量份比)搅拌均匀，反应固化成膜。

实施例2

一种聚氨酯防水涂料，包括以下组分：

组分A：60份的第一聚醚多元醇、35份的二苯基甲烷二异氰酸酯和5份的合成植物酯增塑剂；

其中，30份第一聚醚多元醇包括聚醚多元醇330N、24份聚醚多元醇2000D、10份聚醚多元醇1000D和4份聚醚多元醇400D。

组分B：50份的第二聚醚多元醇、32份填料、1.5份的颜料、4份的水、1.5份的催化剂、8份的增塑剂、1份的吐温和2份的触变剂；

其中，第二聚醚多元醇包括聚醚多元醇330N、聚醚多元醇2000D、聚醚多元醇1000D和聚醚多元醇400D。

其中，填料包括12份的滑石粉、10份的重质碳酸钙粉和10份的普通硅酸盐水泥。

一种制备聚氨酯防水涂料的方法，包括以下步骤：

S3 A组分：B组分＝1：2(重量份比)搅拌均匀，反应固化成膜。

实施例3

一种聚氨酯防水涂料，包括以下组分：

组分A：65份的第一聚醚多元醇、30份的二苯基甲烷二异氰酸酯和5份的合成植物酯增塑剂；

其中，25份第一聚醚多元醇包括聚醚多元醇330N、300份聚醚多元醇2000D、8份聚醚多元醇1000D和3份聚醚多元醇400D。

组分B：40份的第二聚醚多元醇、4/3份填料、2份的颜料、3份的水、1份的催化剂、8份的增塑剂、1份的吐温和2份的触变剂；

其中，填料包括23份的滑石粉、10份的重质碳酸钙粉和10份的普通硅酸盐水泥。

一种制备聚氨酯防水涂料的方法，包括以下步骤：

S3 A组分：B组分＝1：2(重量份比)搅拌均匀，反应固化成膜。

实施例4

实施例4的聚氨酯防水涂料，主要用于平面施工，而实施例1-3的聚氨酯防水涂料，主要用于立面施工。

实施例4与实施例3的区别在于，步骤S3不同，实施例4的步骤S3为：取A组分：B组分＝1：2(重量份比)，先于B组分中加入3份的水并搅拌均匀B组分，随后再混合A组分与B组分，搅拌均匀后，反应固化成膜。

性能测试：

对实施例1-3的聚氨酯防水涂料进行测试，测试结果如表2。

表2

从表2可以看出，实施例1-3得到的聚氨酯防水涂料，具有极佳的性能，都满足国家标准，如抗流挂性达到了425-764μm。

将实施例1-3的聚氨酯防水涂料进行拉伸强度测试，测试结果如图1所示，将实施例1-3的聚氨酯防水涂料进行断裂伸长率测试，测试结果如图2所示。

从图1-2可以知晓，MDI与聚醚多元醇合成预聚体时，由于MDI过量，使得预聚体中含有游离的—NCO，而游离—NCO的含量是决定聚氨酯防水涂料性能最主要的技术参数之一。具体的，实施例1中包括20份的二苯基甲烷二异氰酸酯；实施例2中包括25份的二苯基甲烷二异氰酸酯；实施例3中包括30份的二苯基甲烷二异氰酸酯。

通过改变二苯基甲烷二异氰酸酯的用量，从而改变预聚体中—NCO的含量，进而可以调节聚氨酯防水涂料的力学性能。试验表明，预聚体中—NCO的含量(w—NCO)从3.5％增加到5.5％，涂膜的拉伸强度和断裂伸长率均逐步增加，当—NCO含量增加到一定值时，断裂伸长率开始递减。这是因为随着预聚体中—NCO含量的增加，预聚体中的刚性链段增加，极性基团增多，易于形成氢键，使得涂膜的拉伸强度增大；而当—NCO含量增大到一定值时，预聚体的分子链变短，分子量减少，而且刚性基团的增加限制了分子链在拉伸过程中的运动，使得涂膜的断裂伸长率减少。试验结果表明，用MDI生产聚氨酯防水涂料时，预聚体中—NCO的含量比使用TDI时宜低一些，控制在4.5％～5.0％。

由上述二苯基甲烷二异氰酸酯与水反应的反应式，可以看出，1份水约可以与5份—NCO起反应。若A、B组分的比例为1∶2，预聚体中的—NCO含量控制在4.5％～5.0％，B组分中理论加水量为不到1％，但实际加水量远不止1％，加水的多少还应考虑其他因素。在B组分中，大部分水会被粉体填料吸附，粉体填料又被液体填料所包覆，水与预聚体的反应是通过相混后的界面进行的；另外，虽然在常压下水的沸点是100℃，但在低至0℃时仍会挥发。因此，水量过少，低温下会使涂膜固化时间减慢，表面发粘；高温下，会导致涂膜鼓泡。水量过多，虽然能保证其与—NCO完全反应，但过量的水会使涂膜发软，并且随着时间的推移，水会从涂膜中跑出来，形成针孔。因此，B组分的加水量主要是应根据施工的气温来确定，一般控制在3％～6％。

取实施例4中的聚氨酯防水涂料进行测试，测试结果如表3。

表3

对实施例4的聚氨酯防水涂料进行稳定性测试：经检测，实施例4的聚氨酯防水涂料其指标达到或超过了国家标准GB/T 19250-2013《聚氨酯防水涂料》的技术要求。该产品质量稳定，贮存期长，A、B组分密封贮存期均可达到1年。表明，实施例4的聚氨酯防水涂料中，即使为了适应平面施工，额外加入了3份的水，得到的聚氨酯防水涂料也仍然具有极佳的性能，其流平性能够达到标准。

从表2-3中可以看出，在额外加入3份水之前，得到的实施例1-3的聚氨酯防水涂料，即具有极佳的抗流挂性，至少可以用于立面的施工；而在额外加入3份水之后，得到的实施例4的聚氨酯防水涂料，仍然具有良好的流平性，至少能够用于平面的施工。综上，表明，本发明的聚氨酯防水涂料，具有两用型，即可以用于平面施工，也可以用于立面施工，是一种两用型环保无溶剂双组分聚氨酯防水涂料。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种聚氨酯防水涂料，其特征在于：制备所述聚氨酯防水涂料的所用原料包括A组分和B组分；

所述组分A包括第一聚醚多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯；

所述组分B包括第二聚醚多元醇、填料、水和催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述聚氨酯防水涂料，所用原料包括以下重量份的组分：

3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述第一聚醚多元醇与所述第二聚醚多元醇独立选自聚醚多元醇330N、聚醚多元醇2000D、聚醚多元醇1000D和聚醚多元醇400D中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述组分A还包括重量份为10-30份的增塑剂；所述组分B还包括重量份为9-20份的增塑剂。

5.根据权利要求1所述的一种聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述组分B还包括以下重量份的组分：

1-5份的表面活性剂和1-2份触变剂。

6.根据权利要求1所述的一种聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述填料包括硅酸盐水泥、重质碳酸钙粉、滑石粉和轻质碳酸钙粉中的至少一种。

7.一种制备如权利要求1至6任一项所述的一种聚氨酯防水涂料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

混合第二聚醚多元醇、填料、水和催化剂，得到所述组分B；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述加热的温度为60-80℃。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：还包括以下步骤：加热后恒温2～3h，随后降温至50-60℃。

10.如权利要求1至6任一项所述的一种聚氨酯防水涂料在屋面工程防水中的应用。